(57)【要約】【課題】    粘弾性体など音波吸収の大きい物質の音波物性を簡便に測定できるようにする。【解決手段】従来の方法は試料中を透過した音波のトラベルタイムと減衰から音速や音波吸収などの音波物性決めていたが、この方法では音波吸収の大きな物質では試料伝播中における音波減衰が大きいため極めて薄い試料（数ミクロンメートル）を用いても測定は非常に困難であった。今回の方法は従来の方法のように透過波をつかうのではなく、バッファロッドと試料の境界面からの反射波の変化から試料の音波物性を測定する方法なので、試料透過中の音波減衰という問題を回避することができる。その結果として減衰の大きい物質でも音波物性を簡便に測定できるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気パルス発振装置でバッファロッドの片方の端面に取り付けられたトランスデュサーを駆動して発生した音波パルスがバッファロッド内を進行し、バッファロッドのもう一方の端面で反射された音波反射パルスを測定可能な装置において、（空気と接している）自由なバッファロッド端面からの音波反射パルスと測定すべき試料を塗布した端面からの音波反射パルスを個別に測定し、その二つの測定における時系列デジタルデータを複素フーリエ解析し、その係数の比から測定試料の音波物性量、縦波と横波の音速と音波吸収率を、周波数の関数として測定する音波物性測定装置。
【請求項２】
測定の再現性向上のためにパルサーとデジタルオシロスコープを共通の外部クロックで駆動するシステム。
【請求項３】
トリガーのタイミングに対するノイズの影響を抑えるために採用したデジタルオシロスコープをトリガー専用パルスで起動する方法。
【請求項４】
ランダムノイズ除去のためのデジタルオシロスコープにおける等価測定モードでのアベレージング測定法。
【請求項５】
音波反射パルスの振幅はパルサーからのパルス振幅と減衰器で調節できるようにし、波形はパルサーからのパルス幅とバンドパスフィルターで調節できるようにしたシグナル調節機能。
【請求項６】
電気回路の分岐点や終端で５０Ω整合分配器や５０Ω終端器を使用し、また広帯域増幅器、方向性結合器、バンドパスフィルター、減衰器も５０Ω入出力のものを使用することによる電気回路のインピーダンス整合化する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音波吸収の大きな物質の音波物性の測定に関するするものである。
【背景技術】
【０００２】
音速や音波吸収率などの音波物性データは医療・非破壊検査・資源探査など音波を使って物体内部を調べる分野で必須のものである。しかしながら音波吸収の大きい物質では、物質内部で音波が急速に減衰するため音波透過法による音波物性測定は特殊な装置を使用して行われてきたが、非常に困難な測定であり精度も低い。
【０００３】
光学的方法でも音波物性測定は可能であるが、装置が巨大かつ高価であること、不透明試料では測定できない、測定周波数が実用周波数より数桁高いなどの問題がある。
【０００４】
その他に気泡振動法や固体液体混成共振法なども提案されているが、原理的には可能としても実行するためには高度の知識と熟練が必要で一部の大学の研究室で試験的に行われている段階である。
【非特許文献１】根岸勝男・高木堅志郎著「超音波技術」東京大学出版会  １９８４年
【非特許文献２】「超音波技術便覧 新訂版」日刊工業新聞社  １９７８年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする課題は、粘弾性体など音波吸収の大きい物質の音波物性が測定できなかったことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、バッファロッド端面からの反射音波を測定可能な装置において、自由端面（空気と接している状態）と試料を塗布した端面からの反射を個別測定し、両者のフーリエ係数の比から試料の音波物性を求めることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
粘弾性物質は振動や音波を効率的に吸収するので、工学分野では機械の振動の制御、医学分野では生体物質の代替物質としてなどの利用価値がある。そのような利用法を効率的に行うためには粘弾性体の音波物性の測定データが必要である。しかしながら粘弾性体では一般的に音波の吸収が大きいために、従来行われてきた透過音波パルス法で測定データを得ることは困難であった。その結果として粘弾性体の音波物性データは皆無に近い状態であった。本発明の測定法では音波は試料中を伝播する必要がないので極めて音波吸収の大きい物質においても音波物性が容易に測定できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
パルサーからの励起信号による回路擾乱が静まったのちに反射パルスが戻ってくるように十分な長さを持ったバッファロッドを用いる。端面での音波反射や試料塗布の効率をよくするためにバッファロッド端面は鏡面研磨しておく。５０Ωインピーダンス整合を取った電気回路システムにおいて信号経路とトリガー経路を分離し、クロックを共有するパルサーとデジタルオシロスコープを用い、デジタルオシロスコープでの測定において十分なアベレージングをかけることにより再現性ある測定を実現した。
【実施例】
【０００９】
図１は本発明装置の基本構成である。図中にもあるように自由端面と試料塗布端面からの反射波を個別に測定する。パルサーとデジタルオシロスコープを共通のクロックで駆動することにより測定の再現性を向上させている。デジタルオシロスコープでの測定のトリガーを安定させるためにパルサーからのパルスを分配器で分配しトリガー専用パルスとした。ランダムノイズを除去するためにデジタルオシロスコープは等価測定モードでアベレージングをかけている。電気回路でのインピーダンス整合を取るために使用した装置や部品の入出力は５０Ωに統一している。図２は自由端面と試料塗布端面からの反射パルスの比較である。振幅の大きい方が自由端面からの反射波である。図3は図2の各パルスのフーリエ係数である。振幅の大きい部分ほど信頼性が高い。それぞれの係数は次の数式（１）に代入し、試料の音響インピーダンスZ2を求める。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
図4と図５は今回テストした物質での結果である。音速は上記数式（２）を、Ｑ値は上記数式（３）を使って評価された。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
図１で示された装置、回路構成、圧電素子とバッファロッドをシステムとして組み込み、音響インピーダンスの異なるバッファロッドを各種取り替えられるようにし、励起パルスの振幅やパルス幅を可変にできるようにし、全体をパーソナルコンピューターで制御することにより、従来測定できなかった音波吸収の大きい物質の音波物性を簡便に測定する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による測定法の装置構成
【図２】反射パルスsFとsC （sFの方が大振幅）。
【図３】フーリエ変換係数ｇFとｇC
【図４】横波音速測定結果
【図５】横波のＱ値測定結果
【符号の説明】
【００１４】
１：    ５０Ω整合分配器
２：    減衰器
３：    方向性結合・分配器
４：    バンドパスフィルター
５：    ５０Ω終端器
ｓF：    自由端面からの（応力で表現した）反射パルス
ｓC：    試料を塗布した端面からの（応力で表現した）反射パルス
ｇF、ｇC：    それぞれｓF、ｓCに対する複素フーリエ係数
Z１、Z２：    それぞれバファロッドと試料の音響インピーダンス
ｆ：    周波数
ｋ：    波数
ｄ：    密度
ｖ：    音速
Q：    クオリティーファクター
Ｒe、Iｍ：    複素数にたいする実部と虚部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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